數(shù)控技術(shù)華僑大學(xué)

數(shù)控技術(shù)謝明紅研究員第一部分緒論數(shù)控技術(shù)涉及學(xué)科機(jī)械、控制、計(jì)算機(jī)、電子涉及課程：數(shù)控技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、控制工程、匯編語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、C語言、數(shù)字電路、模擬電路、機(jī)床、工藝

數(shù)控系統(tǒng)概況1）國外數(shù)控系統(tǒng)

FUNUCSIMENS三菱NUMHAASFAGOR2）國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)凱恩帝華興廣州數(shù)控華中數(shù)控藍(lán)天數(shù)控航天數(shù)控FANUC

0i

MODEL

C

系列

最大控制軸數(shù)/最大同時(shí)控制軸數(shù)：4軸

FANUCSeries160i/180i/210i/160is/180is步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動器42、57、86、90、110、130相數(shù)2、3、52相，步距角1.8度，3相，1.2度5相，步距角0.72度交流伺服電機(jī)和驅(qū)動器三菱J3S安川YSKAWA三洋伺服、富士伺服東源伺服、華中伺服數(shù)控機(jī)床床組成輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體測量反饋饋裝置數(shù)控機(jī)床床組成圖圖1.2數(shù)數(shù)控控機(jī)床分分類按機(jī)械加加工的運(yùn)運(yùn)動軌跡跡分類(1)點(diǎn)點(diǎn)位控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床(2)輪輪廓控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床按伺服系系統(tǒng)的控控制原理理分類(1)開開環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床(2)半半閉環(huán)控控制數(shù)控控機(jī)床(3)閉閉環(huán)控制制數(shù)控機(jī)機(jī)床

工作臺減速器開環(huán)控制制系統(tǒng)框框圖步進(jìn)電機(jī)控制電路數(shù)控裝置輸入

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)工作臺速度檢測測元件轉(zhuǎn)角檢測測元件半閉環(huán)控控制系統(tǒng)統(tǒng)框圖速度反饋饋位置反饋饋輸入工作臺

數(shù)控裝置控制電路伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖速度檢測元件位置檢測元件位置反饋速度反饋輸入按功能水水平分(1)高高檔型(2)普普及型(3)經(jīng)經(jīng)濟(jì)型按工藝用用途分(1)金金屬切削削機(jī)床(2)金金屬成型型機(jī)床(3)特特種加工工機(jī)床(4)其其它類型型機(jī)床1.3數(shù)數(shù)控加加工的原原理、特特點(diǎn)及應(yīng)應(yīng)用1.3.1數(shù)控控加工原原理加工程序序譯碼刀補(bǔ)計(jì)算算插補(bǔ)計(jì)算算伺服控制制和PLC控制制1.3.2數(shù)數(shù)控加工工特點(diǎn)及及應(yīng)用范范圍適應(yīng)不同同零件生產(chǎn)效率率和加工工精度高高功能復(fù)合合程序高高，一機(jī)機(jī)多用1.4.1數(shù)數(shù)控的指指標(biāo)與功功能1.數(shù)控控機(jī)床的的指標(biāo)1）行程程范圍2））工作臺臺面尺寸寸3））承載能能力4）主軸軸功率和和進(jìn)給軸軸扭矩5）控控制軸數(shù)數(shù)和聯(lián)動動軸數(shù)2.數(shù)控控機(jī)床的的精度指指標(biāo)1）幾何何精度2））位置精精度3.數(shù)控控機(jī)床的的性能指指標(biāo)1）最高高主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和最最大加速速度2）最高高快移速速度和最最高進(jìn)給給速度3）分辨辨率和脈脈沖當(dāng)量量1.4數(shù)數(shù)控指指標(biāo)和功功能1.4.2數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的指標(biāo)標(biāo)與功能能1.數(shù)控控系統(tǒng)指指標(biāo)1））插插補(bǔ)補(bǔ)精精度度2））位位置置指指令令范范圍圍3））通通道道數(shù)數(shù)（（控控制制軸軸數(shù)數(shù)））4））最最大大聯(lián)聯(lián)動動軸軸數(shù)數(shù)5））可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)6））其其它它2.數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)功功能能1））控控制制功功能能2））準(zhǔn)準(zhǔn)備備功功能能3））插插補(bǔ)補(bǔ)功功能能4））進(jìn)進(jìn)給給功功能能5））主主軸軸功功能能6））輔輔助助功功能能數(shù)控控車車床床數(shù)控控銑銑床床加工工中中心心五軸軸加加工工中中心心機(jī)器器人人控控制制數(shù)控控激激光光加加工工機(jī)機(jī)數(shù)控控水水切切割割機(jī)機(jī)CNCCADCAMCAD/CAM軟軟件件FMSCIMSCAPPCAE第二二部部分分?jǐn)?shù)數(shù)控控編編程程1.手手工工編編程程和和自自動動編編程程2.對對刀刀點(diǎn)點(diǎn)原原則則設(shè)計(jì)計(jì)基基準(zhǔn)準(zhǔn)或或工工藝藝基基準(zhǔn)準(zhǔn)，，如如孔孔中中心心對刀刀方方便便位位置置，，便便于于觀觀察察和和檢檢測測便于于坐坐標(biāo)標(biāo)計(jì)計(jì)算算安全全換換刀刀位位置置3.加加工工路路徑徑減少少空空行行程程切向向切切入入和和切切出出，，引引刀刀線線走刀刀路路線線（（水水平平，，垂垂直直，，環(huán)環(huán)形形等等））4.編編程程誤誤差差（（徑徑向向允允差差））（一一））工工藝藝分分析析平面面孔孔系系加加工工旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體類類零零件件加加工工平面面輪輪廓廓零零件件加加工工立體體輪輪廓廓表表面面加加工工二軸軸半半加加工工三軸軸聯(lián)聯(lián)動動四軸軸聯(lián)聯(lián)動動五軸軸聯(lián)聯(lián)動動（二二））加加工工方方法法機(jī)床床坐坐標(biāo)標(biāo)系系機(jī)機(jī)床床原原點(diǎn)點(diǎn)工件件坐坐標(biāo)標(biāo)系系工工件件零零點(diǎn)點(diǎn)絕對對編編程程相對對編編程程重復(fù)復(fù)精精度度定位位精精度度脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量軸名名的的確確定定Z坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸X坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸Y坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸（二二））數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床坐坐標(biāo)標(biāo)系系G代代碼碼G00空空行行程程G01直直線線G02順順園園G03逆逆園園G90絕絕對對編編程程G91相相對對編編程程G04G41左左刀刀補(bǔ)補(bǔ)G42右右刀刀補(bǔ)補(bǔ)G40取取消消刀刀補(bǔ)補(bǔ)G17(XY)G18(XZ)G19(YZ)G54G55G56定定坐坐標(biāo)標(biāo)系系G73,G80~G83,G88,G89其它它指指令令M00程程序序停停止止M01計(jì)計(jì)劃劃停停止止M02程程序序結(jié)結(jié)束束M03主主軸軸順順時(shí)時(shí)針針M04主主軸軸逆逆時(shí)時(shí)針針M05主主軸軸停停止止M07，，M082號號，，1號號冷冷卻卻液液開開M09冷冷卻卻液液關(guān)關(guān)T,S,F,N,%()R,UVW起刀點(diǎn)刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)撤銷編程軌跡刀具中心軌跡刀具具半半徑徑補(bǔ)補(bǔ)償償直線線與與直直線線園弧弧與與直直線線直線線與與園園弧弧園弧弧與與園園弧弧縮短短型型：：矢矢量量夾夾角角αα≥≥180°°刀具具中中心心軌軌跡跡短短于于編編程程軌軌跡跡的的過過渡渡方方式式。。伸長長型型：：矢矢量量夾夾角角90°°≤≤αα＜＜180°°刀具具中中心心軌軌跡跡長長于于編編程程軌軌跡跡的的過過渡渡方方式式。。插入入型型：：矢矢量量夾夾角角αα＜＜90°°在兩兩段段刀刀具具中中心心軌軌跡跡之之間間插插入入一一段段直直線線的的過過渡渡方方式式。。絕對對編編程程G00X0Y0G42G01X10Y10G01X30G03X40Y20J10G02X30Y30J10G01X10Y20G01Y10G40G00X0Y0相對對編編程程G00X0Y0G42G91G01X10Y10G01X20G03X10Y10J10G02X-10Y10J10G01X-20Y-10G01Y-10G40G90G00X0Y0N01G00X-20Y-20N02G00X0Y0N03G01X0Y39.57N04G02X10Y49.57I10J0N05G01X31.09N06G03X64.92Y46.95I-18.83J-23.36N07G02X89.06Y43.77I10J-17.32N08G01X103.2Y29.63N09G01Y10N10G02X93.2Y0I-10J0N11G01X74.92N12G03X24.92I-25J-54.54N13G01X10N14G02X0Y0I0J10N15G00G40X0Y0%O0000(PROGRAMNAME-3軸軸連連動動環(huán)環(huán)掃掃)(DATE=DD-MM-YY-22-09-08TIME=HH:MM-15:26)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL-0DIA.OFF.-0LEN.-0DIA.-3.)N104T0M6N106G0G90G54X36.019Y-36.79A0.S0M5N108G43H0Z63.531N110Z4.531N112G1Z3.531F0.N114X36.102Y-36.707Z4.032F.3N116X36.366Y-36.443Z4.566N118X36.477Y-36.332Z4.7……N9676G0Z4.531N9678Z63.531N9680M5N9682G91G28Z0.N9684G28X0.Y0.A0.N9686M30%%,MX--,G00G53Z-3S15000M03M09G17G90G71;Thispostisforcimatron;(D=0.6,R=0.3)G54G43D1G04K500G51E0.01G00X0.Y0.G01Z0.1F300X51.857Y17.57Z0.098X51.9Y17.499Z0.091X51.97Y17.453Z0.083X52.054Y17.442Z0.076X52.133Y17.469Z0.069……..G03X42.334Y19.446I0.154J1.279G02X42.616Y19.43I0.133J-0.15G53Z-5M05M09G53X-5Y-5M30%,MX--,CAM第四部分插插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法數(shù)字積分法時(shí)間分割法目標(biāo)跟蹤法逐點(diǎn)比較法直線ⅠⅡ偏差判別進(jìn)給新偏差計(jì)算終點(diǎn)判別XYOoutportb(sInputData.wOutPort,bOutputValue);for(i=0;i<iMotorTime;i++);outportb(sInputData.wOutPort,0);圓弧若若時(shí)間分割法(數(shù)據(jù)采樣法法)XA(Xe,Ye)△Y△XβαYO

l

l

l粗插補(bǔ)：采用用時(shí)間分割思思想，根據(jù)進(jìn)進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T，將廓型曲線線分割成一段段段的輪廓步步長L,L=FT(一個(gè)插補(bǔ)采采樣周期的輪輪廓步長)，然后計(jì)算出出每個(gè)插補(bǔ)周周期的坐標(biāo)增增量。精插補(bǔ)：根據(jù)據(jù)位置反饋采采樣周期的大大小，由伺服服系統(tǒng)完成。。PA(Xi,Yi)B(Xi+1,Yi+1)EXYFHMαδΦiΦi+1CDO目標(biāo)跟蹤法初始化B_AXIE，，A_AXIE;R_OUT+=A_AXIE;長軸輸出if((B_AXIE-2*R_OUT)<0){R_OUT-=B_AXIE;短軸輸出}用于多軸插補(bǔ)補(bǔ)，螺紋插補(bǔ)補(bǔ)各種插補(bǔ)速度度問題逐點(diǎn)比較法Fx+Fy=F1.直線Fx=x/(x+y)*F2.圓弧F1*sin(alfa)+F1*cos(alfa)=Fatan(alfa)=J/I目標(biāo)跟蹤法1.直線F2=F1*長軸/length;F=sqrt(F1*F1+F2*F2)2.圓弧I>JFx=Fy*J/R;I<JFy=Fx*I/R;第二部分電電氣接線步進(jìn)電機(jī)接線線輸入信號接口口交流伺服驅(qū)驅(qū)動器

接線線圖編碼器晶體管，繼電器工業(yè)控制卡PCL730(I/O卡卡)強(qiáng)電接線弱電接線PCL726卡（D/A）711B卡（（A/D）_711b_init://_711b_AD_Set_Mode(7,0);Outportb(0x220,0x70);//_711b_AD_Set_Gain(0);Outportb(0x220+0x09,0);//711b_AD_Aquire://_711b_AD_Set_Channel(0);Outportb(0x220+0x0a,0)for(i=0;i<500;i++){Value=Inportb(0x220+0x05);if((value&0x0010)==0)break;}port_data=Inportb(0x220+0x04);第三部分軟軟件結(jié)構(gòu)1.軟件總總體結(jié)構(gòu)和功功能structNC_Code_Table/*結(jié)構(gòu)類型名*/{unsignedcharCode_Type;/*加工代碼類型型，分別代表表N、G、M、S等功能*/unsignedintvalue;/*加工代碼值，，如G01，，則value=1*/unionCode_Ptr/*各種加工方法法指針聯(lián)合類類型名*/{structG01Type*G01_Ptr;/*直線插補(bǔ)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針*/structG02Type*G02_G03_Ptr;/*園弧插補(bǔ)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針*/……/*其它插補(bǔ)數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針*/}table;unsignedlongLine_Number;/*加工代碼行號號*/structNC_Code_Table*previous，*next;/*分別為結(jié)構(gòu)前前后指針*/}*NC_Code_Ptr;/*加工代碼結(jié)構(gòu)構(gòu)指針變量名名*/structG01Type/*G00，G01直線類指指針*/{floatx，y，z;unsignedintspeed;/*雕刻速度*/}*G00_G01_Ptr;structG02Type/*G02，G03圓弧類指指針*/{unsignedintplane;/*園弧插補(bǔ)平面面標(biāo)志*/floatx，y，z，I，j，，k;/*i、j、k為園弧園心相相對起點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)*/unsignedintspeed;/*雕刻速度*/}*G02_G03_Ptr;2.軟件數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)gcodexyz….1gcodexyz….3gcodexyz….4gcodexyz….n3.NC代代碼編譯詞法分析、語語法分析、譯譯碼㈠詞法分析析1.讀取一一個(gè)非數(shù)字(數(shù)字包括小小數(shù)點(diǎn)，正負(fù)負(fù)號)，忽略略空格符、分分號、回車，，得到其中一一個(gè)單詞；2.判斷該該單詞字符是是否在數(shù)控系系統(tǒng)語法集中中，如不在，，將該錯(cuò)誤原原因儲到錯(cuò)誤誤鏈表中；3.讀取該該單詞后數(shù)字字一直到非數(shù)數(shù)字，同時(shí)將將指針向前返返回一個(gè)字節(jié)節(jié)，如果其中中包括兩個(gè)以以上的正負(fù)號號或小數(shù)點(diǎn)，，則出錯(cuò)，并并將該錯(cuò)誤原原因存儲到錯(cuò)錯(cuò)誤鏈表中；；4.將讀取取的數(shù)字字符符串轉(zhuǎn)化為整整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)數(shù)，存儲到內(nèi)內(nèi)存變量中。。㈡語法分析析機(jī)能指令檢查查軟限位檢查圓弧檢查㈢譯碼4.圖形仿仿真disable();old8_handler=getvect(0x08);setvect(0x08,G01_Interpolation);old_int21_value=inportb(0x21);outportb(0x21,0x0fc);enable();while(1){if(bAll_Machine_End_Status==1)break;if(detect_esc_press()==0x1b){esc_press=-1;}坐標(biāo)顯示圖形顯示}disable();outportb(0x21,old_int21_value);setvect(0x08,old8_handler);enable();voidinterruptG01_Interpolation(void){disable();if(bGCode_End_Status==TRUE)return;if(xi==Xe&&yi==Ye){bGCode_End_Status=TRUE;return;}if(Interpolation_decide()==-1)return;//速度處理…If(F>=0){F=F-Ye;if(dirx==1)xi++;elsexi--;}else{F=F+Xe;if(diry==1)yi++;elseyi--;}位置控制outportb(0x20,0x20);enable();}voidG01_Init(void){bGCode_End_Status=FALSE;xi=0;yi=0;f=0;dirx=0;diry=0;Xe=labs(x);Ye=labs(y);if(x>0)dirx=1;elsedirx=-1;if(y>0)diry=1;elsediry=-1;}voidinterruptG02_Interpolation(void){disable();if(bGCode_End_Status==TRUE)return;temp=labs(count[0])+labs(count[1]);if(temp==0)//終點(diǎn)點(diǎn)判斷{bGCode_End_Status=TRUE;return;}if(Interpolation_decide()==-1)return;if(temp<5){for(m=0;m<2;m++){if(count[m]>0){bDirection=1;Interpolation_send_pulse(m);if(m==0)i++;elsej++;}else{if(count[m]<0){bDirection=-1;Interpolation_send_pulse(m);if(m==0)i--;elsej--;}}return;}四個(gè)象限限判斷，，調(diào)整i,j位置控制制outportb(0x20,0x20);enable();}PLC控制橋式組合合切石機(jī)機(jī)下一頁60個(gè)點(diǎn)點(diǎn)，36個(gè)輸入入，24個(gè)輸出出出返回第五章機(jī)機(jī)床運(yùn)運(yùn)動系統(tǒng)統(tǒng)與典型型部件帶有簡單單變速機(jī)機(jī)構(gòu)通過皮帶帶傳動電機(jī)直接接驅(qū)動5.2.2主運(yùn)動的的傳動形形式5.2.3主軸部件件1.主軸軸部件主主要性能能要求旋轉(zhuǎn)精度度剛度要求求溫升要求求可靠性要要求精度保持持性要求求2主軸軸部件的的組成和和軸承選選型前端定位位后端定位位兩端定位位5.2.4主軸典型型控制功功能1.主主軸準(zhǔn)停停裝置機(jī)械式電氣式（（接近開開關(guān)）編碼器2.自自動換刀刀夾緊裝裝置3.C軸控制制與同步步速度控控制裝置置5.2.5電電主軸軸概述特點(diǎn)：內(nèi)裝式電電機(jī)直接接驅(qū)動，，振動小小，精度度高可在額定定轉(zhuǎn)速內(nèi)內(nèi)無級變變速可實(shí)現(xiàn)精精確的主主軸定位位及C軸軸傳動高速化，，動態(tài)精精度和穩(wěn)穩(wěn)定性更更好動平衡，，溫度控控制和冷冷卻是關(guān)關(guān)鍵影響促進(jìn)了高高速切削削技術(shù)與與機(jī)床的的發(fā)展簡化了結(jié)結(jié)構(gòu)，